(57)【要約】【課題】本発明は、光学的に優れた均質性を有しかつ高い透過率を有する石英ガラス母材を容易にかつ再現性良く製造できる方法、及び光学的に優れた均質性を有しかつ高い透過率を有し、短波長領域で用いられる光学レンズ用の材料として利用できる石英ガラス母材を提供する。【解決手段】本発明の石英ガラス母材の製造方法は、石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する第１の熱処理工程と、前記第１の熱処理工程の温度を維持したまま、不活性ガス雰囲気中又は前記第１の熱処理工程よりも低濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気中で前記石英多孔質体を加熱する第２の熱処理工程を有する構成とする。また本発明の石英ガラス母材は、フッ素濃度の最大値と最小値の差が５０ｐｐｍであり、かつ屈折率変動幅が２０×１０−６以下であり、かつ吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍに吸収ピークを有しない構成とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱した後、焼結させて透明ガラス化する２００ｎｍ以下の紫外光用の石英ガラス母材の製造方法において、
石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する第１の熱処理工程と、前記第１の熱処理工程の温度を維持したまま、不活性ガス雰囲気中又は前記第１の熱処理工程よりも低濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気中で前記石英多孔質体を加熱する第２の熱処理工程を有することを特徴とする石英ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
第２の熱処理工程の加熱温度が７００〜１２００℃であり、かつ加熱時間が１時間以上であることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
前記石英多孔質体の嵩密度が、０．５ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の石英ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
前記第１の熱処理工程のフッ素含有化合物ガスの濃度が、０．００１〜１０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の石英ガラス母材の製造方法。
【請求項５】
フッ素濃度の最大値と最小値の差が５０ｐｐｍ以下であり、屈折率変動幅が２０×１０−６以下であり、かつ吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍに吸収ピークを有しないことを特徴とする石英ガラス母材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率が均一な均質石英ガラス母材の製造方法と石英ガラス母材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の集積回路（ＬＳＩ：ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）の高集積化に伴い、更なる回路パターンの微細化が望まれている。一般にＬＳＩは、光リソグラフィー法により製造されており、ステッパーと呼ばれる露光装置を用いてシリコンウエハー上に回路パターンを露光して製造される。
微細な回路パターンを形成するためには、露光用の光源として短波長のレーザ光を使用する必要があり、現在では波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザが用いられている。今後、光源の更なる短波長化に向けて、波長が１５７ｎｍのＦ２レーザの利用が検討されている。
【０００３】
前記した短波長領域で用いられる光学レンズ用の材料には、高強度のレーザ光の照射に耐えうる優れた耐光性や、屈折率が均一で光学的に均質であり、かつ高い透過率を有することが要求される。
近年、紫外線領域での透過特性や耐光性を向上させるために、石英ガラスにフッ素を添加することが検討されている。一般に、フッ素が添加された石英ガラスは、原料となる石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱した後、焼結させて透明ガラス化することによって製造される。
【０００４】
フッ素は屈折率を大きく低下させる作用を有しており、屈折率を均一とするためには、石英ガラス母材中のフッ素濃度を均一にする必要がある。
均一にフッ素が添加された石英ガラス母材を製造する方法として、石英多孔質体の嵩密度に応じて、加熱温度や時間等の熱処理条件を調整して段階的に熱処理する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７４８７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石英多孔質体は、昇温時、ある温度領域から急速に収縮し嵩密度が増加する性質を有する。このため、例えば半径８０ｍｍ以上の石英多孔質体のように半径の大きい石英多孔質体では、均一に熱処理することが難しく、内部と中心部とに大きな温度差が生じやすい。このような場合、石英多孔質体の加熱条件を調整し、石英多孔質体全体に渡って目的とする嵩密度とすることが困難である。
更に、石英多孔質体の半径等の寸法のばらつきや、熱処理に用いる電気炉のヒータの劣化、炉心管の劣化等も石英多孔質体内部に温度むらを発生させる原因となり、同一条件で製造された石英多孔質体を用いても、熱処理時の嵩密度の変化は異なったものとなる。
このため、前記特許文献１の方法のように、石英多孔質体の嵩密度に応じて、加熱温度や時間等の熱処理条件を正確に調整することは難しく、再現性に乏しいため、均一にフッ素を添加することが難しい。このため、均一な屈折率分布を有し光学的に均質な石英ガラス母材を製造することが難しいのが現状である。
【０００７】
また、石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する際、製造条件によっては、過度に脱水反応や基本構造の破壊が発生し、酸素欠乏欠陥が生じる場合がある。酸素欠乏欠陥を多く含有する場合、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークが現れるため、透過率が低下してしまう。
このため、製造条件を最適化して酸素欠乏欠陥の発生を低減し、透過率の低下を抑える必要がある。
しかし、石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する際の製造条件について、十分研究されておらず、酸素欠乏欠陥の発生を低減し、透過率の低下を抑えることができる最適条件が見出されていないのが現状である。
【０００８】
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち添加されたフッ素の濃度むらを低減し、屈折率が均一で光学的に優れた均質性を有し、かつ高い透過率を有する石英ガラス母材を容易に、かつ再現性良く製造できる方法、及び屈折率が均一で光学的に均質であり、かつ高い透過率を有し、短波長領域で用いられる光学レンズ用の材料として利用できる石英ガラス母材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱した後、焼結させて透明ガラス化する２００ｎｍ以下の紫外光用の石英ガラス母材の製造方法において、石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する第１の熱処理工程と、前記第１の熱処理工程の温度を維持したまま、不活性ガス雰囲気中又は前記第１の熱処理工程よりも低濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気中で前記石英多孔質体を加熱する第２の熱処理工程を有することを特徴とする石英ガラス母材の製造方法である。
請求項２にかかる発明は、第２の熱処理工程の加熱温度が７００〜１２００℃であり、かつ加熱時間が１時間以上であることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス母材の製造方法である。
請求項３にかかる発明は、前記石英多孔質体の嵩密度が、０．５ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の石英ガラス母材の製造方法である。
請求項４にかかる発明は、前記第１の熱処理工程のフッ素含有化合物ガスの濃度が、０．００１〜１０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の石英ガラス母材の製造方法である。
請求項５にかかる発明は、フッ素濃度の最大値と最小値の差が５０ｐｐｍ以下であり、かつ屈折率変動幅が２０×１０−６以下であり、かつ吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍに吸収ピークを有しないことを特徴とする石英ガラス母材である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
まず、石英多孔質体を用意する。この石英多孔質体とは、多孔質状の石英ガラスであり、公知のＶＡＤ法により製造されたガラススート等が挙げられる。
例えば、棒状の石英ガラス等を出発部材とし、この出発部材を一定の速度で回転させながら上方に引き上げる。そしてバーナの酸水素炎にて出発部材を加熱しながら、この酸水素炎にＳｉＣｌ４ガスを供給し、二酸化ケイ素を主成分とする微粒子を合成し、この微粒子を出発部材２の外周部の径方向に堆積させることによって、前記石英多孔質体が製造される。
【００１１】
前記石英多孔質体の嵩密度は、０．５ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、更に好ましくは０．３ｇ／ｃｍ３以下である。これにより、後述するフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する際、フッ素含有化合物ガスが石英多孔質体内を容易に拡散できる。このため、フッ素が石英多孔質体内に均一に分布しやすく、また短時間の加熱処理で所望の濃度のフッ素を石英多孔質体に添加できる。
石英多孔質体の嵩密度は、０．５ｇ／ｃｍ３よりも大きい場合、フッ素化合物ガスが石英多孔質体内に拡散しにくく、石英多孔質体にフッ素の濃度ムラが生じやすくなる。特に、石英多孔質体の中心部まで均一にフッ素を添加しにくく、これにより中心部の焼結速度が低下して透明ガラス化できず、歩留まりが低下するため、好ましくない。
【００１２】
第１の加熱処理工程として、前記石英多孔質体をフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱する。これにより、石英多孔質体とフッ素含有化合物ガスとを反応させて、石英多孔質体内にフッ素を添加する。
前記フッ素含有化合物ガスとしては、ＳｉＦ４，ＳＦ６，ＣＦ４，Ｆ２等が挙げられる。特に、ＳｉＦ４は取り扱いが容易であり、また石英多孔質体内にフッ素が添加されやすいため、本実施形態にて好ましく用いることができる。
【００１３】
前記フッ素含有化合物ガスの濃度は、石英多孔質体に添加するフッ素量に応じて適宜決定されるが、０．００１〜１０ｍｏｌ％が好ましく、これにより所望量のフッ素を石英多孔質体内に均一に分布させることができる。
加熱炉内のフッ素含有化合物ガスの濃度を調整する際、希釈用ガスとしてＨｅガス，Ａｒガス，窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。特に、Ｈｅガスが好ましく、これにより石英ガラス母材中の残留気泡を低減させることができる。
【００１４】
フッ素含有化合物ガスの濃度が０．００１ｍｏｌ％よりも低い場合、石英多孔質体へのフッ素の拡散速度が極端に低下してしまう。これにより、長時間加熱処理を行っても、石英多孔質体の中心付近まで所望の濃度のフッ素を添加することができず、好ましくない。
また、フッ素含有化合物ガスの濃度が１０ｍｏｌ％よりも高い場合、短時間で多量のフッ素が石英多孔質体に添加され、過度の脱水反応やＳｉ−Ｏ−Ｓｉ構造の破壊が起きやすくなる。このため、特に石英ガラス母材中の酸素欠乏欠陥が増加しやすくなる。酸素欠乏欠陥を多く含有する場合、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークが現れて透過率が低下してしまうため、好ましくない。
【００１５】
加熱温度や加熱時間等の加熱条件は、特に限定されないが、加熱温度は７００〜１２００℃が好ましい。これにより比較的短時間で、効率良く石英多孔質体内にフッ素を添加することができる。
加熱温度が１２００℃よりも高い場合、石英多孔質体が急速に収縮し、フッ素含有化合物ガスが石英多孔質体内部へ拡散できなくなり、フッ素を石英多孔質体に添加することができず、好ましくない。また、加熱温度が７００℃よりも低い場合、石英多孔質体とフッ素含有化合物ガスとの反応性が低く、目的とする濃度のフッ素が石英多孔質体に添加されるまでに、長時間加熱する必要があり、製造に係る時間が長くなり、またコストが高くなるため、好ましくない。
【００１６】
次に、第２の熱処理工程として、前記第１の熱処理工程の加熱温度を維持したまま、不活性ガス雰囲気中又は前記第１の熱処理工程よりも低濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気中で前記石英多孔質体を加熱する。これにより、添加されたフッ素を石英多孔質体内に拡散させ、フッ素が石英多孔質体内に均一に分布するようにする。
前記不活性ガスとしてはＨｅガス，Ａｒガス，窒素ガス等が挙げられる。また、加熱炉内のフッ素含有化合物ガスの濃度は、不活性ガスの導入量を増加するか又はフッ素含有化合物ガスの導入量を低減することによって、第１の熱処理工程よりも低濃度とすることができる。
【００１７】
次いで、第２の加熱処理工程後、石英多孔質体の焼結温度まで昇温し、石英多孔質体を焼結してガラス化する。炉内の雰囲気は特に限定されず、不活性ガスやフッ素含有化合物ガス等の雰囲気が挙げられるが、フッ素含有化合物ガス雰囲気とすることが好ましい。
フッ素が添加された石英多孔質体は、焼結ガラス化する際に、外周部よりフッ素の一部が脱離する場合がある。フッ素含有化合物ガス雰囲気中にて焼結してガラス化することによって、フッ素の脱離を抑えることができる。フッ素含有化合物ガスの濃度は、第２の加熱処理工程におけるフッ素含有化合物ガスの濃度に応じて適宜選択されるが、通常０．００１〜１０ｍｏｌ％である。
【００１８】
本実施形態では、第２の熱処理工程の加熱温度を第１の熱処理工程の加熱温度と同一の温度で加熱することによって、石英多孔質体とフッ素含有化合物ガスとの反応性や石英多孔質体の収縮速度を前記第１の熱処理工程のときと同一とすることができる。このため、急激な嵩密度の変動等がなく、フッ素を石英多孔質体内に拡散することができる。これにより濃度むらの発生を抑え、石英多孔質体内に均一にフッ素を分布させることができる。
また、第２の熱処理工程の加熱温度は、第１の熱処理工程と同様に７００〜１２００℃が好ましい。これにより効率良く石英多孔質体内にフッ素を拡散することができる。
【００１９】
第２の熱処理工程の加熱温度を第１の熱処理工程よりも高い温度とした場合、石英多孔質体とフッ素含有化合物ガスとの反応性が高くなり、また石英多孔質体の収縮速度が速くなる。これにより、添加されたフッ素が石英多孔質体内を拡散する前に石英多孔質体が収縮して焼結してしまう場合がある。これによりフッ素が完全に拡散できず、局所的に高濃度に点在した状態となってしまい、濃度むらができてしまう。また、高温度で加熱されることによって、添加されたフッ素の一部が石英多孔質体から放出され、更に濃度むらができることとなるため、好ましくない。
また、加熱温度が１２００℃よりも高い場合、前記したように石英多孔質体が急速に収縮してしまい、フッ素が局所的に高濃度に点在してしまうため好ましくない。また、加熱温度が７００℃よりも低い場合、石英多孔質体へのフッ素の拡散速度が遅く、フッ素の濃度分布が均一となるまでに、長時間加熱する必要があり、製造に係る時間が長くなり、またコストが高くなるため、好ましくない。
【００２０】
また、第２の熱処理工程の加熱時間は、１時間以上が好ましく、これによりフッ素の拡散を完全に行うことができ、濃度むらを無くし、フッ素の濃度分布をほぼ完全に均一とすることができる。
更に、第２の熱処理工程を不活性ガス雰囲気中又は第１の熱処理工程よりも低濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気中で加熱することによって、添加されたフッ素を効率良く石英多孔質体へ均一に拡散させることができる。
第２の熱処理工程の加熱雰囲気が、第１の熱処理工程と同じ濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気の場合、添加されたフッ素が石英多孔質体の中心に向かって拡散しにくく、フッ素の濃度むらができやすくなるため、好ましくない。
また、第２の熱処理工程の加熱雰囲気が、第１の熱処理工程よりも高い濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気の場合、石英多孔質体に順次フッ素が添加され、石英多孔質体の表面のフッ素濃度が高くなり、石英多孔質体の外周から中心に向かってフッ素の濃度むらができてしまうため、好ましくない。
【００２１】
以上のように、本実施形態の石英ガラス母材の製造方法では、２段階の熱処理工程を有し、その加熱雰囲気、温度、時間を所定の範囲内にすることによって、フッ素を均一に添加でき、これにより屈折率が均一で光学的に優れた均質性を有する石英ガラス母材が製造できる。
また、石英多孔質体をフッ素含有化合物ガスの濃度が０．００１〜１０ｍｏｌ％の雰囲気中で加熱し、フッ素を過度に添加しないことによって、過度の脱水反応やＳｉ−Ｏ−Ｓｉ基本構造の破壊を防止できる。このため、酸素欠乏欠陥の発生が抑えられ、高い透過率を有する石英ガラス母材が製造できる。
更に、前記加熱条件は容易にかつ再現性良く調整できるため、従来のように石英多孔質体の嵩密度に応じて加熱処理条件を調整する必要が無く、簡便に再現性良くフッ素を均一に添加できる。
このため、フッ素の濃度分布が均一であり、光学的に優れた均質性を有し、かつ高い透過率を有する石英ガラス母材を簡便に再現性良く安価に製造することができる。
【００２２】
例えば、フッ素濃度の最大値と最小値の差が５０ｐｐｍ以下でフッ素の濃度分布が均一であり、外周から中心に向かって屈折率の変動が２０×１０−６以下であり屈折率変動がほとんど無く、均一な屈折率分布を有し、かつ吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍに吸収ピークがなく、優れた透過率を有する石英ガラス母材が実現できる。
このような石英ガラス母材は、紫外線レーザのように短波長領域で用いられる光学レンズ用の材料として利用することができる。
前記フッ素濃度の最大値と最小値の差は１０ｐｐｍ以下が更に好ましく、これにより屈折率変動を５×１０−６以下と、更に屈折率変動を無くすることができる。
【００２３】
本実施形態の具体例を以下に示す。
［具体例１］
表１は、各具体例の製造条件を示し、表２は、製造された石英ガラス母材のフッ素濃度の最大値と最小値の差及び屈折率変動を示す。
【００２４】
【表１】
2005035815.tif 000002
【００２５】
【表２】
2005035815.tif 000003
【００２６】
ＶＡＤ法により平均嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ３、寸法がφ２００ｍｍ×高さ１０００ｍｍの円柱状の石英多孔質体を製造した。この石英多孔質体を均熱炉に搬送し、まず、Ｈｅガス雰囲気中にて１０００℃まで昇温した。
次に１０００℃に達した後、炉内にＳｉＦ４ガスを導入し、第１の加熱処理工程として、ＳｉＦ４ガスの濃度が１ｍｏｌ％のＨｅガスとＳｉＦ４ガスとの混合ガス雰囲気中、石英多孔質体を１０００℃で５時間加熱した。
そして、ＳｉＦ４ガスの導入を停止し、第２の加熱処理工程として、Ｈｅガス雰囲気中、石英多孔質体を１０００℃で１時間加熱した。
前記第２の加熱処理終了後、Ｈｅガス雰囲気中、１４４０℃まで昇温して石英多孔質体を焼結し、ガラス化した。
【００２７】
製造された石英ガラス母材は、無気泡であり、完全に透明化していた。また、径方向に切断しフッ素濃度の分析を行った結果、添加されたフッ素濃度の最大値と最小値の差は３０ｐｐｍであった。
また、オイルオンプレート法により干渉計を用いて屈折率分布の均質性を評価した結果、石英ガラス母材の径方向における屈折率変動が１０×１０−６であり、均一な屈折率分布を有することが分かった。
【００２８】
また、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した。測定された石英ガラス母材の吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
ここで、１６３ｎｍ付近の吸収ピークの有無は、以下のようにして判断される。
まず、透過率を光の波長でプロットした吸収スペクトルについて平滑化、バックグラウンド除去等の統計的な処理を施した後、吸収スペクトルを波長で微分する。そして、１６０〜１７０ｎｍの範囲で吸収スペクトルの微分値が単調減少であるかどうか調べる。また、吸収スペクトルにおいて、スペクトル曲線が明白に長波長側へシフトしていないかどうか調べる。
１６０〜１７０ｎｍの範囲で吸収スペクトルの微分値が単調減少であり、かつ吸収スペクトルにおいて、スペクトル曲線が明白に長波長側へシフトしていない場合、１６３ｎｍ付近の吸収ピークが無いと判断される。
【００２９】
［具体例２］
具体例２が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程として、ＳｉＦ４ガスの濃度が０．１ｍｏｌ％のＨｅガスとＳｉＦ４ガスとの混合ガス雰囲気中で石英多孔質体を加熱する点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００３０】
［具体例３］
具体例３が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程におけるＳｉＦ４ガスの濃度が０．００１ｍｏｌ％である点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００３１】
［具体例４］
具体例４が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程におけるＳｉＦ４ガスの濃度が０．０００５ｍｏｌ％である点である。
製造された石英ガラス母材は完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、径方向に切断しフッ素濃度の分析を行った結果、フッ素は外周部から１０ｍｍまでの範囲で添加されているのみであり、中心付近にはフッ素がほとんど添加されていないことが分かった。
また、石英ガラス母材の径方向における屈折率変動は２００×１０−６であり、屈折率が不均一であり、外周部の屈折率は低く、フッ素が添加されていない中心部の屈折率は高いことが分かった。フッ素が石英多孔質体内に均一に分布されていないために、不均一な屈折率分布になったと考えられる。
【００３２】
［具体例５］
具体例５が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程におけるＳｉＦ４ガスの濃度が１０ｍｏｌ％である点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００３３】
［具体例６］
具体例６が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程におけるＳｉＦ４ガスの濃度が１１ｍｏｌ％である点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であることが分かった。
しかし、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークがみられ、透過率が低いことが分かった。
【００３４】
［具体例７］
具体例７が具体例１と異なる点は、石英多孔質体の嵩密度が０．５ｇ／ｃｍ３である点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００３５】
［具体例８］
具体例８が具体例１と異なる点は、石英多孔質体の嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３である点である。
製造された石英ガラス母材は、中心付近が白く未焼結であった。また、径方向に切断しフッ素濃度の分析を行った結果、フッ素は外周部から３０ｍｍまでの範囲で添加されているのみであり、中心付近にはフッ素がほとんど添加されていないことが分かった。
石英ガラス母材の径方向における屈折率変動は１５０×１０−６であり、不均一な屈折率分布を有し、外周部の屈折率は低く、フッ素が添加されていない中心部の屈折率は高いことが分かった。フッ素が石英多孔質体内に均一に分布されていないために、不均一な屈折率分布になったと考えられる。
製造された石英ガラス母材は、未焼結であったため、透過率を測定することができなかった。
【００３６】
［具体例９］
具体例９が具体例１と異なる点は、第２の加熱処理工程を行わずに、第１の加熱処理工程の後、Ｈｅガス雰囲気中、１４４０℃まで昇温して石英多孔質体を焼結し、ガラス化する点である。
真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークがみられず、高い透過率であった。
しかし、製造された石英ガラス母材のフッ素濃度の最大値と最小値の差は８０ｐｐｍであり、濃度むらがあることが分かった。また、屈折率分布の均質性を評価した結果、石英ガラス母材の径方向における屈折率変動が３０×１０−６であり、屈折率が不均一であることが分かった。
【００３７】
［具体例１０］
具体例１０が具体例１と異なる点は、第２の加熱処理工程として、ＳｉＦ４ガスの濃度が０．１ｍｏｌ％のＨｅガスとＳｉＦ４ガスとの混合ガス雰囲気中で石英多孔質体を加熱する点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００３８】
［具体例１１］
具体例１１が具体例１と異なる点は、第２の加熱処理工程として、ＳｉＦ４ガスの濃度が１ｍｏｌ％のＨｅガスとＳｉＦ４ガスとの混合ガス雰囲気中で石英多孔質体を加熱する点である。
製造された石英ガラス母材は無気泡であり、完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、表２に示されたように、添加されたフッ素の濃度が不均一であり、また屈折率が不均一であることがわかった。特に、添加されたフッ素の濃度分布が、石英ガラス母材の中心部で低くなる形状となった。
【００３９】
［具体例１２］
具体例１２が具体例１と異なる点は、第２の加熱処理工程として、ＳｉＦ４ガスの濃度が２ｍｏｌ％のＨｅガスとＳｉＦ４ガスとの混合ガス雰囲気中で石英多孔質体を加熱する点である。
製造された石英ガラス母材は無気泡であり、完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、表２に示されたように、添加されたフッ素の濃度が不均一であり、また屈折率が不均一であることがわかった。特に、添加されたフッ素の濃度が、石英ガラス母材の外周から深さ２０ｍｍまでの範囲で局所的に高いことがわかった。
【００４０】
［具体例１３］
具体例１３が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程として、１２００℃で石英多孔質体を加熱する点と、第２の加熱処理工程として、第１の加熱処理工程の温度を維持したまま、１２００℃で石英多孔質体を加熱する点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００４１】
［具体例１４］
具体例１４が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程として、１２５０℃で石英多孔質体を加熱する点と、第２の加熱処理工程として、第１の加熱処理工程の温度を維持したまま、１２５０℃で石英多孔質体を加熱する点である。
製造された石英ガラス母材は無気泡であり、完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、表２に示されたように、添加されたフッ素の濃度が不均一であり、また屈折率が不均一であることがわかった。特に、添加されたフッ素の濃度が、石英ガラス母材の外周から深さ２０ｍｍまでの範囲で局所的に高く、中心付近にはほとんどフッ素が添加されていないことがわかった。
【００４２】
［具体例１５］
具体例１５が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程として、７００℃で石英多孔質体を加熱する点と、第２の加熱処理工程として、第１の加熱処理工程の温度を維持したまま、７００℃で石英多孔質体を加熱する点である。
表２に示されたように、製造された石英ガラス母材では、フッ素の濃度むらがほとんど無く、また屈折率変動がほとんど無く屈折率が均一であり、かつ１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられず、高い透過率を有することが分かった。
【００４３】
［具体例１６］
具体例１６が具体例１と異なる点は、第１の加熱処理工程として、６５０℃で石英多孔質体を加熱する点と、第２の加熱処理工程として、第１の加熱処理工程の温度を維持したまま、６５０℃で石英多孔質体を加熱する点である。
製造された石英ガラス母材は無気泡であり、完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、表２に示されたように、添加されたフッ素の濃度が不均一であり、また屈折率が不均一であることがわかった。特に、添加されたフッ素の濃度が、石英ガラス母材の外周から深さ２０ｍｍまでの範囲で局所的に高く、中心付近にはほとんどフッ素が添加されていないことがわかった。
【００４４】
［具体例１７］
具体例１７が具体例１と異なる点は、第２の加熱処理工程として、１０５０℃で石英多孔質体を加熱する点である。
製造された石英ガラス母材は無気泡であり、完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、表２に示されたように、添加されたフッ素の濃度が不均一であり、また屈折率が不均一であることがわかった。特に、添加されたフッ素の濃度が、石英ガラス母材の外周から深さ２０ｍｍまでの範囲で局所的に高いことがわかった。
【００４５】
［具体例１８］
具体例１８が具体例１と異なる点は、第２の加熱処理工程として、９５０℃で石英多孔質体を加熱する点である。
製造された石英ガラス母材は無気泡であり、完全に透明化しており、真空紫外分光光度計を用いて透過率を測定した結果、吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍ付近に吸収ピークはみられなかった。
しかし、表２に示されたように、添加されたフッ素の濃度が不均一であり、また屈折率が不均一であることがわかった。特に、添加されたフッ素の濃度分布が、石英ガラス母材の中心部で低くなる形状となった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の熱処理工程の温度を維持したまま、不活性ガス雰囲気中又は第１の熱処理工程よりも低濃度のフッ素含有化合物ガス雰囲気中で石英多孔質体を加熱する第２の熱処理工程を行うことによって、添加されたフッ素の濃度むらを低減でき、これによりフッ素の濃度分布が均一であり、屈折率が均一で光学的に優れた均質性を有し、かつ高い透過率を有する石英ガラス母材を容易にかつ再現性良く安価に製造できる。
【００４７】
また、石英ガラス母材として、フッ素濃度の最大値と最小値の差が５０ｐｐｍ以下であり、屈折率変動幅が２０×１０−６以下であり、かつ吸収スペクトルにおいて１６３ｎｍに吸収ピークを有しない構成とすることによって、フッ素の濃度分布が均一であり、屈折率変動がほとんど無く光学的に優れた均質性を有し、かつ高い透過率が実現できる。このため、紫外線レーザのように短波長領域で用いられる光学レンズ用の材料として利用することができる。